IBM打造5納米晶元 手機續航將提高2至3倍

目前，高通10nm的驍龍835晶元集成的晶體管數量約為30億，而現在一項工藝取得了重大突破，使單個晶元上可集成300億顆晶體管，同時它只有指甲蓋大小。

今天，IBM 在VLSI Technology and Circuits 研討會上宣布，IBM 與其研究聯盟合作夥伴 Global Foundries 以及三星公司為新型的晶元製造了5 納米大小的晶體管。

5nm 硅晶體管晶元

一款微處理器由不同材質組成的幾個疊層構成。將它們以一種特殊的方式堆積在一起就生成了電子元件，比如晶體管、電阻器和電容器。這些微型電子元件之間的距離就是用納米來計算。電子元件彼此之間的距離越小，我們在晶元中放置的東西就越多。

從10納米到5納米，不只是面積的變小，後者可以在更小的空間上集成更多的電子元件，晶元上集成的電路越多，電子產品的速度越快、效率越高、成本越低。

在智能手機時代，以追求機身纖薄輕盈為潮流，在這樣的背景下，手機內部的空間更是寸土寸金，想要輕薄就得犧牲續航，想要續航就得犧牲輕薄，要想兩者兼顧，縮小電子元件是勢在必行。

縮小微處理器電子元件距離將導致不同晶體管終端電流容量降低，這樣就會提升他們的交換頻率。使得晶體管運行速度加快，能耗降低，最終功耗，延長手機續航時間，根據IBM官方說法，假設一款正在使用的移動設備只剩下 10％ 的電量，但基於 5 納米製程技術的晶元將使得該設備在需要充電之前仍然可以使用很久。

此前，業內很多人士都表示5nm可能是物理極限。但IBM顯然不這樣認為，其研究團隊將硅納米層進行水平堆疊，而非傳統的硅半導體行業的垂直堆疊構架，這使得5nm晶體管的實現成為了可能。

而FinFET就是垂直堆疊構架的代表，FinFET是一種晶體管設計方式，在2009年被發明，於2012年量產，可以說FinFET是晶體管行業的革命性突破——其關鍵在於，在三維結構而非二維平面上控制電流的傳遞。

IBM半導體研究小組副組長 Mukesh Khare 表示，「原則上說，FinFET的結構就是一個簡單的長方形，其中的三條邊上各有一個小門」。如果把晶體管想像成一個開關，不同的電壓就會控制這道門「開啟」或「關閉」。在三個不同方向上加上門能夠最大化這個開關的電流量，並最小化電流的漏出，所以增加了整體的效率。

但是現在，FinFET這種垂直堆疊架構似乎已經發展到了盡頭，因為要想在5納米的尺度上工作，FinFET的架構已經不適合了，而在這個時候，IBM 宣布在與 Global Foundries 和三星的合作下開發出了水平排布的硅納米板，並以這種結構在晶體管上加了第四道門。

幾層硅晶片上的 5 納米晶體管

你可以想像 FinFET 的結構調轉了過來，元件相互疊在了頂上。在尺度上來說，電信號在一個和 DNA 螺旋一樣大的開關上流動。

這是一個巨大的進步，如果把晶體管變得更小更密集，那麼在同樣面積的晶元上將獲得更快的處理速度和更為強大的性能。在未來，人工智慧、自動駕駛、物聯網都對計算能力提出了更高的要求，毫無疑問，這些新興領域的發展都需要高性能的處理器的加持。

此前有報道稱英特爾計劃在2020年開發出5納米工藝的處理器。但是日前台積電宣稱將在2018年量產7nm，而且一年後再投產EUV極紫外光刻技術加持的新版7nm。而英特爾的7納米晶元的批量生產，還尚未給出明確的時間表。

總之，如果IBM5納米晶元工藝成熟，這將打破我們目前所使用的處理器生產技術限制，儘管在短期內它還無法投入商用。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！